(57)【要約】【課題】ピンホールによる回折光を用いたフィゾー型のＰＤＩ干渉計の精度と安定性を改善する。【解決手段】レーザ光源１から発生されたレーザ光は、光波整形板３のピンホールによって回折光となり、回折光は両面レンズである被測定物Ｗ1 のａ面とｂ面によって反射され、ｂ面の反射光はピンホールに逆進し、また、ａ面の反射光は、ａ面が実際にはわずかに偏心したａ１面であるためにピンホールの近傍にあけられた窓を通り、２つの反射光の干渉光としてＣＣＤカメラ７に入射する。平板である光波整形板３に入射するレーザ光がピンホールの周辺で反射して干渉光の外乱となるのを防ぐため、光波整形板３のピンホールの周辺に、入射光路を逆進する干渉光から反射による外乱光を分離するための傾斜部を設ける。【選択図】図１
2005147966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光から回折光を得るためのピンホールおよび前記ピンホールに近接する窓を有するピンホール板と、前記回折光を参照面によって反射させた第１の反射光と被測定面によって反射させた第２の反射光とを、前記ピンホール板の前記ピンホールおよび前記窓をそれぞれ通過させて干渉させ、干渉縞を得る撮像手段とを有し、前記ピンホール板が、前記レーザ光のうちで、前記ピンホールの周辺部に入射する光を前記レーザ光の入射光路から分離する方向に反射するための分離反射手段を備えていることを特徴とする干渉計。
【請求項２】
分離反射手段が、ピンホール板をピンホールの周辺部で膨出または陥没させることによって形成された傾斜壁を備えていることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
【請求項３】
分離反射手段が、ピンホール板の入射側でピンホールの周辺部に形成されたテーパー状または球面状の傾斜面を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の干渉計。
【請求項４】
レーザ光から回折光を得るためのピンホールおよび前記ピンホールに近接する窓を有し、前記回折光を参照面と被測定面によってそれぞれ反射させて得られた２つの反射光が前記ピンホールおよび前記窓をそれぞれ通過して干渉縞を形成するように構成されたピンホール板であって、前記レーザ光のうちで、前記ピンホールの周辺部に入射する光を前記レーザ光の入射光路から分離する方向に反射するための分離反射手段を備えていることを特徴とするピンホール板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置用の縮小投影光学系等に用いられるレンズ、ミラー等の面形状やレンズ群等の波面収差を高精度に計測するための干渉計およびピンホール板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高精度な球面レンズ、ミラー等の形状測定方法として、フィゾー干渉計やトワイマン−グリーン干渉計などを用いるのが一般的であるが、いずれも参照面となる球面や平面が必要であり、絶対精度は基本的にはこれらの参照球面、参照平面の形状精度に依存する。通常の製造方法では、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ波長λ（λ＝６３２．８ｎｍ）に対して、λ／１０〜λ／２０程度を保証するのが限度であると言われている。
【０００３】
一方、半導体露光装置の微細化、高精度化と共に、露光光源波長はＫｒＦエキシマレーザでλ＝２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザでλ＝１９３ｎｍ、Ｆ2 レーザでλ＝１５７ｎｍと、短波長化し、さらにはλ＝１３．６ｎｍのＥＵＶ光（Extreme Ultra Violet）までも露光光源として使用されるに至っており、これらの露光装置用の投影光学レンズ、ミラーについては１ｎｍ〜０．１ｎｍの形状精度が求められており、このような高精度を達成するためには、さらにこれより高いレベルの精度をもつ計測装置が必要であるが、通常このような精度で計測することは単に再現精度を実現することであっても困難であり、まして絶対精度を保証するということは極めて困難である。
【０００４】
そこで基準面を必要としない干渉計として、ピンホールによる回折波面を基準とするＰＤＩ干渉計（Point Diffraction Interferometer）が知られている。この干渉計では、ピンホールの回折により生じた理想的な球面波を基準波面として、球面形状や波面収差の高精度な計測を実現している。
【０００５】
ＰＤＩ干渉計は、例えば、図５に示すように、レーザ光源１０１から出射された光束の一部をレンズ１０２によってピンホールミラー１０３のピンホールに集光し、ピンホールによる回折光を被測定物Ｗ0 に照射し、再びピンホールミラー１０３に集光させ、その反射光を測定用光束としてレンズ１０６を経てＣＣＤカメラ１０７に入射させる。また、レーザ光源１０１から出射された光束の他の一部はピンホールミラー１０３、球面反射鏡１０５によって反射され、ピンホールミラー１０３のピンホールに集光して回折光となり、参照用光束としてレンズ１０６を経てＣＣＤカメラ１０７に入射する。
【０００６】
また、図６に示すものは参照用光束を得るための球面反射鏡を必要とせず、レーザ光源２０１から出射された光束をレンズ２０２によってピンホールミラー２０３に集光し、ピンホールによる回折光の一部を被測定物Ｗ0 に照射し、再びピンホールミラー２０３に集光させてその反射光を測定用光束とし、ピンホールミラー２０３の残りの回折光によって構成される参照用光束とともに、レンズ２０６を経てＣＣＤカメラ２０７に入射させる。
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、以下のような問題があった。
（１）ピンホールから曲率半径分の距離は必ず被測定物を離す必要があるため、空気の揺らぎによる精度低下が避けられない。
（２）凹面の測定はできても凸面の測定ができない。
（３）参照光軸と測定光軸が大きな角度を持って分離されるために、装置が大型化したり、複雑になる。
（４）ピンホール部分に必ずミラーが必要でありミラーの汚れや微小な凹凸が測定波面に影響する恐れがある。
【０００８】
また、特に図６に示す装置では、ピンホールから出る球面波の広がりの一部しか測定用光束として使うことができないという難点があった。
【特許文献１】特開平２−２２８５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、より実用的で高い精度が期待できる形状計測用の装置として、フィゾー型のＰＤＩ干渉計を提案している。これは、参照面と被測定面が同一光軸上に存在するフィゾー干渉計において、光源からの光を理想的な球面波に変換するピンホールと、その近傍に光波面情報を十分通過させる大きさの窓を有するピンホール板（光波整形板）を用いるもので、両面に僅かに偏心を有するレンズ（単レンズまたはレンズ群）に対して、ピンホールから出た理想球面波を前記レンズに垂直入反射させ、片側の面からの反射光を前記ピンホール近傍の窓を通し、もう一方の面からの反射光を前記ピンホールに再度通し、これら２つの反射光によって発生する干渉縞像をＣＣＤカメラ等の撮像手段で撮影し、コンピュータで解析するものである。
【００１０】
このフィゾー型のＰＤＩ干渉計では、ミラーを用いる従来のＰＤＩ干渉計に比べて安定した高精度な絶対形状の計測を行うことができるが、この高精度や安定性を劣化させる要因として、ピンホール板の入射側で反射されて干渉光の外乱となる光の影響がある。
【００１１】
本発明は、フィゾー型のＰＤＩ干渉計に用いられるピンホール板の反射による外乱光の影響を低減することにより、より高精度な球面形状等の表面計測を安定して行うことのできる干渉計およびピンホール板を提供することを目的とするものである。
【００１２】
また、上記従来例ではピンホールミラーを傾斜させ、正面から見たときに円形になるようにピンホールの形状を楕円形状にしている。このようにピンホールミラーを傾斜させることで、外乱となるピンホール板の反射光は入射光と異なる方向へ反射されるが、ピンホールミラーは厚さを有するためピンホール部は必ず筒状になる。すなわちピンホールミラーが傾斜していると入射光に対しピンホールの筒状の部分が傾斜することになり、ピンホール回折波面が理想波面からずれる可能性がある。
【００１３】
そこで本発明の他の目的は、ピンホール板を傾斜させることなく、従って理想的な回折光を得ることができるうえに、ピンホール板の入射側の反射光による精度劣化を防ぐことで、より一層の高精度を実現できる干渉計およびピンホール板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の干渉計は、レーザ光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光から回折光を得るためのピンホールおよび前記ピンホールに近接する窓を有するピンホール板と、前記回折光を参照面によって反射させた第１の反射光と被測定面によって反射させた第２の反射光とを、前記ピンホール板の前記ピンホールおよび前記窓をそれぞれ通過させて干渉させ、干渉縞を得る撮像手段とを有し、前記ピンホール板が、前記レーザ光のうちで、前記ピンホールの周辺部に入射する光を前記レーザ光の入射光路から分離する方向に反射するための分離反射手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のピンポール板は、レーザ光から回折光を得るためのピンホールおよび前記ピンホールに近接する窓を有し、前記回折光を参照面と被測定面によってそれぞれ反射させて得られた２つの反射光が前記ピンホールおよび前記窓をそれぞれ通過して干渉縞を形成するように構成されたピンホール板であって、前記レーザ光のうちで、前記ピンホールの周辺部に入射する光を前記レーザ光の入射光路から分離する方向に反射するための分離反射手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
ピンホール板全体を傾斜させることなくピンホール板の入射側で反射される外乱光の影響を排除することで、フィゾー型のＰＤＩ干渉計の精度や安定性を改善することができる。すなわち、平板状のピンホール板のピンホール周辺に傾斜部を設けることにより、ピンホールを通過せずにピンホール周辺で反射される光は、ピンホールを逆進する回折光の２つの反射光とは異なる方向に反射される。
【００１７】
ピンホール板の入射側の反射による外乱光がＣＣＤカメラ等撮像手段に入射するのを防ぎ、鮮明な干渉縞を得ることができる。また、ピンホール板全体を傾斜させるものではないため、光軸方向から見た場合のピンホール形状は円形のままでよい。従って、ピンホール板全体を傾斜させた場合のように、光軸方向から見たときのピンホールが円形になるように実際のピンホール形状を楕円にしなくてもすむため、回折波面が理想球面波に保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態によるフィゾー干渉計は、レーザ光源１と、レーザ光源１から射出したレーザ光を一旦集光して発散させるレンズ２ａと、レーザ光の進行方向を変化させるビームスプリッタ２ｂと、ピンホール板である光波整形板３と、発散する光ビームを一旦平行光に変換するコリメータレンズ４と、平行光を集光する集光レンズ５を有し、光波整形板３は、図２に示すように、使用されるレーザ光の波長程度の直径を有するピンホール３ａと、そこから数μｍ〜数百ミクロン離れて隣接して開口する窓３ｂを有する。
【００２０】
被測定物Ｗ1 は、曲率半径中心位置が略等しく設計された片面（ａ面）が凹、もう一方の片面（ｂ面）が凸の同心レンズであり、同軸上の２つの面で反射された第１および第２の反射光である計測用光束と参照用光束を、結像レンズ６を経て撮像手段であるＣＣＤカメラ７に干渉縞像として結像させ、コンピュータ８によって画像データを処理する。コンピュータ８は、計測画像または処理画像を映し出すディスプレイ装置９に接続されている。
【００２１】
光波整形板３には、図２に示すように、ピンホール３ａと窓３ｂが隣接して設けられている。レーザ光源１から射出したレーザ光はレンズ２ａで一旦集光された後、発散しビームスプリッタ２ｂの作用で進行方向を折り曲げられ、コリメータレンズ４で平行光に変換された後、集光レンズ５で集光され、光波整形板３上にあけられたピンホール３ａを通過する。このピンホール３ａはその直径φｄが、使用光源波長をλ、集光レンズ５の開口数をＮＡとして、以下の範囲
λ／２＜φｄ＜λ／ＮＡ
になっているため、回折理論により入射した波面が収差を持っていてもピンホール３ａを透過することにより無収差の理想球面波に変換される。
【００２２】
この波面は、前述のように曲率半径中心位置が略等しく設計された片面が凹、もう一方の片面が凸の同心レンズである被測定物Ｗ1 の凹面側のａ面と凸面側のｂ面にほぼ垂直に入射し、それぞれ正反射されて、２つの反射光はほぼ同じ経路を辿って光波整形板３に戻る。しかし、同心レンズの同心面である面ａ、ｂは一方が僅かに意図的な偏心を持たせてあるため、図１に示すように、現実の凹面側の反射面はａ１面のようになっており、ａ１面で反射した回折光はピンホール３ａに隣接して設けられた窓３ｂを通過する。
【００２３】
一方、偏心を有しないｂ面で反射した回折光は正確に同じ経路を辿り、再びピンホール３ａを通過し、干渉した２つの光は偏心分の比較的大きなＴｉｌｔ波面を有する干渉光として集光レンズ５、コリメータレンズ４、ビームスプリッタ２ｂを経て、今度は直進し、結像レンズ６を介して撮像素子であるＣＣＤカメラ７で撮像され、電子化された画像データはコンピュータ８で縞解析される。
【００２４】
この時得られる干渉縞は、参照面であるｂ面で反射してピンホール３ａを通った理想回折球面波を参照波面として、被測定面であるａ１面の形状誤差情報のみを持つ計測波面を干渉させており、ピンホール３ａからＣＣＤカメラ７に至る光学系の光路は共通光路であるから、結局ａ１面の絶対形状を計測していることになる。なお、前述の通り干渉縞には比較的大きなＴｉｌｔ縞が含まれているが、これは数値処理で除去することが可能である。
【００２５】
また、通常高精度な干渉計では干渉縞位相を検出するために参照面をピエゾ素子でλ／２程度動かすことで縞走査するいわゆるフリンジスキャン法が用いられるが、本実施の形態では参照面と被測定面が同一部材上にあるため、その他の縞走査手段である波長走査法や、Ｔｉｌｔ縞を利用した空間変調法を使用する必要がある。波長走査法の場合は、光源として半導体レーザなど波長走査可能なものを用いればよい。また空間変調法の場合は解析コンピュータにその解析機能が搭載されていればよい。
【００２６】
このように回折球面波を用いて高精度にレンズ面等を計測する干渉計においては、光波整形板３のピンホール３ａをレーザ光が通過するときにその一部分がピンホール３ａの入射側の周辺部で反射され、この反射光が干渉縞の外乱となって精度低下を招くおそれがある。
【００２７】
すなわち集光レンズ５により集光されたレーザ光はすべてが光波整形板３のピンホール３ａを通過せず、一部は光波整形板３の入射側で反射される。この反射はレーザ光の集光点付近で生じているため、反射による外乱光はほぼ入射光路を逆進するように反射され、同心レンズのａ１面、ｂ面で反射された反射光と同じ経路を辿ってＣＣＤカメラ７に達してしまう。本来はａ１面とｂ面からの反射光のみの干渉縞を観測し解析すべきところに、光波整形板３からの反射光が外乱として加わることにより、ａ１面と光波整形板３の反射光による干渉縞や、ｂ面と光波整形板３の反射光による干渉縞がノイズとなってしまう。
【００２８】
そこで、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、光波整形板３のピンホール３ａの周囲に、分離反射手段である傾斜壁を構成する傾斜部３ｃを設ける。平行光であるレーザ光Ｌ1 は、図２の（ｃ）に拡大して示すように、集光レンズ５で光波整形板３のピンホール部に集光する。この際、ピンホール３ａ上に集光した光は回折光Ｌ2 となって透過する。しかし集光レンズ５で集光されたレーザ光Ｌ1 はその焦点において有限の直径を持つため、ピンホール３ａの周辺部に入射したレーザ光は光波整形板３の入射側で反射され、逆進する。そこで、ピンホール周辺に入射側に膨出する傾斜部３ｃを設けて、この部分で反射する外乱光ＬS をレーザ光Ｌ1 の入射光路から分離する角度で反射させる。このようにして外乱光ＬS を、ピンホール３ａと窓３ｂを通って逆進する参照用光束および計測用光束とは分離して、ＣＣＤカメラ７へは入射しないように構成する。
【００２９】
光波整形板３のピンホール３ａの周辺の傾斜部３ｃの形状は、ピンホール３ａの入射側で反射したレーザ光が入射光と同じ方向に戻らないようにすればよいため、光波整形板３を、ピンホール周辺において例えば図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような入射側に膨出あるいは陥没する球面状やテーパー状に変形させたものが望ましい。
【００３０】
あるいは、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、光波整形板３のピンホール３ａの周辺の肉厚をテーパー状に増減することで傾斜面を形成した傾斜部３ｄでもよい。
【００３１】
このような光波整形板３を用いることで、光波整形板３の入射側で反射された光は計測用光束および参照用光束とは大きく異なる角度で反射されるため、ほとんどＣＣＤカメラ７に入射しない。従って、ＣＣＤカメラ７では被測定物Ｗ1 のａ１面とｂ面の２つの反射光による干渉縞のみが計測されることになる。
【００３２】
さらに、上記の光波整形板を用いたうえで、結像レンズの焦点（コリメータレンズの焦点）に空間フィルターとしてのピンホールを置くことにより、この光波整形板の反射光分離除去の効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施の形態による干渉計を示す模式図である。
【図２】光波整形板を説明するものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。
【図３】光波整形板の複数の変形例を説明する図である。
【図４】光波整形板のさらに別の複数の変形例を説明する図である。
【図５】一従来例を説明する図である。
【図６】別の従来例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    レーザ光源
２ａ    レンズ
２ｂ    ビームスプリッタ
３    光波整形板
３ａ    ピンホール
３ｂ    窓
３ｃ、３ｄ    傾斜部
４    コリメータレンズ
５    集光レンズ
６    結像レンズ
７    ＣＣＤカメラ
８    コンピュータ
９    ディスプレイ装置
【図１】
2005147966.tif 000003
【図２】
2005147966.tif 000004
【図３】
2005147966.tif 000005
【図４】
2005147966.tif 000006
【図５】
2005147966.tif 000007
【図６】
2005147966.tif 000008